[发明专利]半导体器件以及将卤素并入电介质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，且更具体地，涉及一种半导体器件 和将卤素并入电介质的方法。

背景技术

在形成半导体器件的工艺中，通常使用二氧化硅形成栅极电介质。 为了防止半导体器件的电学特性的退化，通常不希望降低栅极电介质 的介电常数。氟降低二氧化硅的介电常数(K)，且因此不希望在栅极 电介质中使用氟。

附图说明

本发明通过实例说明且不被附图限制，其中相同的附图标记表示 相似的元件，且其中：

图1—4示出根据本发明的一个实施例的器件的一部分的横截面 图；

图5以流程图的方式示出用于形成根据本发明的一个实施例的半 导体器件的工艺；以及

图6—7示出根据本发明的替选实施例的器件的一部分的横截面 图。

本领域技术人员可以理解，示出附图中的元件是为了简化和清楚， 且不必按比例绘制。例如，相对于其他元件，附图中的某些元件的尺 寸被夸大了，以帮助促进对本发明的实施例的理解。

具体实施方式

如今，使用高K电介质用于栅极电介质变得越来越普遍。其中一 个原因是，高K材料(例如金属氧化物)的较厚膜可以用作栅极电介 质，而不会明显地降低半导体器件的电学特性。如在此使用的，术语“高 K材料”指的是介电常数比二氧化硅的介电常数高的材料。

已经发现，在半导体器件的栅极电介质中使用卤素，例如氟，改 善半导体器件的电学特性。一种可以改善半导体器件的电学特性的方 法是通过改善空穴和电子的迁移率。在栅极电介质和半导体衬底之间 的界面处提供卤素以使所述界面钝化(例如，降低悬键)，使得改善 通过形成于半导体中的栅极沟道的空穴和电子的迁移率。第二种可以 改善半导体器件的电学特性的方法是通过改善半导体器件的可靠性 (例如耐久性)。已经发现在栅极电介质和半导体衬底之间的栅极电介 质中提供卤素可以改善半导体器件的可靠性。

在栅极电介质中提供氮具有几个优点，包括增加介电常数(K)使 得在未来由于未来技术减小半导体器件中使用的尺寸时，更容易地对 栅极电介质进行缩放。此外，栅极电介质中的氮可以改善栅极电介质 膜质量，且因而改善半导体器件的可靠性。而且，栅极电介质中的氮 可以防止已经并入栅极电介质中的卤素的脱气。

图1示出器件10的一个实施例的一部分的横截面图。器件10包 括栅极电介质14，其形成在半导体衬底12上。衬底12可以用任何半 导体材料形成，例如硅、砷化镓、硅锗、锗等。可替选地，衬底12可 以是一个绝缘体上半导体(SOI)衬底。在一个实施例中，栅极电介质 14可以是一种高K电介质。可以使用的高K电介质的一些实例是氧化 物、氮化物、硅酸盐或诸如铪、锆、钛、钽或其任意组合的金属的铝 酸盐。替选实施例可以使用任何合适的一种电介质材料或多种电介质 材料用于栅极电介质。替选实施例可以例如使用诸如二氧化硅的任何 半导体材料的氧化物作为栅极电介质。例如可以使用诸如化学气相沉 积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)或等离子 体增强CVD(PECVD)的任何所需的工艺形成栅极电介质。然而，替 选实施例可以使用不同的工艺或工艺组合以形成栅极电介质层。

图2中，栅极电介质14暴露于等离子体16。在一个实施例中， 等离子体16包括一种或多种卤素，例如，氟、氯、溴、碘和砹。注意： 等离子体16可以例如包括诸如氩和/或氦的其他材料，其可以用于帮助 形成和/或稳定等离子体16。此外，等离子体16可以包括用于其他目 的的其他材料。在一个实施例中，可以使用范围从室温(约25摄氏度) 到700摄氏度的卡盘温度。在替选实施例中，可以使用从室温(约25 摄氏度)到80摄氏度的卡盘温度。在又一实施例中，卡盘温度可以是 约55摄氏度。在一个实施例中，腔室压力可以在.005—1.0Torr范围内。 在替选的实施例中，腔室压力可以在.005—.050Torr范围内。在又一实 施例中，腔室压力可以是约.010Torr。在一个实施例中，等离子体16 还可以包括含氮的材料。